三维运动平台控制系统的设计开题报告

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1、开题报告三维运动平台控制系统的设计1选题的背景、意义在现代工业自动化、办公自动化、家庭自动化和国防自动化中，大量存在对运动机构进行运动轨迹、速度等精确控制的需求。例如，工业应用方面，各种数控机床、加工中心、工业机器人、轧机传动等控制；计算机软硬盘驱动器、CD-ROM、打印机的控制；家用电器中的录像机、VCD控制；国防和航空领域中的火炮瞄准、导航、卫星姿态等的控制。运动控制成为控制科学的重要分支。近几年随着计算机技术（如DSP、嵌入式处理器）和现代电子技术（如FPGA/CPLD技术）迅速发展与广泛应用，为运动控制系统的发展注入了强大的技术动力。我国传统运动控制系统已经不能适应现代制造业的

2、发展，深入研究基于新体系架构、新技术、高性能、低成本、开放式多轴联动运动控制系统，既有市场需求，又有良好的技术背景环境。三维运动平台是现代运动控制技术的基础实验设备，它在机械加工、工程测试、医疗等各种生产行业中都有极广泛的应用。这类平台比较常见的控制方式就是采用“计算机+专用运动控制卡+驱动器”的方法，通过计算机软件控制专用运动控制卡从而控制驱动器以达到控制平台运动的目的。但是其造价一般比较昂贵，不能够大面积推广应用。通常所说的微型计算机是指由中央处理器(CPU)、半导体存储器(ROM、ARM)、I/O接口电路等大型集成电路芯片组装在一块或几块印刷电路板组装而成的机器。随着近代超大规模

3、集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新进展之一是将CPU和外围芯片及其他控制部件集成到一个芯片之中，制成单片计算机(SCM)。近年来推出的一些高档单片机还包含有许多特殊功能单元，如A/D、D/A转换器、通讯控制器、浮点运算单元等。因此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如工业控制系统、数据采集系统、智能接口、功能模块等。7作为微型计算机的另一个发展分支的单片微型计算机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它有较强的控制功能、低廉的成本。人们在选择电动机的控制器时，常常是在先满足功能需要的同时，优先选择成本低的控制器。因此，单片

4、机往往成为优先选择的目标。20多年来的应用实践表明，单片机性能稳定，通过在单片机上运行的控制程序来代替模拟或数字电路硬件，可以提高系统的功效，并且改变了传统的控制系统设计思想和方法。从最近的统计数据也可以看出，世界上每年要有25亿片各种单片机投入使用。单片机是目前世界上使用量最大的微处理器。在运动控制系统的发展进程中，微型计算机的引入为改进控制策略，改善系统的运行性能提供了物质基础，而先进控制方法的层出不穷为加快这一进程提供了理论基础，这一发展趋势如图1所示。计算机单片机（电机）运动控制系统现代控制理论经典控制理论集成技术发展进化图1运动控制系统发展趋势研究单片机在电机运动控制系统中的

5、应用，在有效利用单片机内部资源以及详细了解相应电机运动控制系统运行特性的基础之上，进一步挖掘单片机在电机运动控制领域中的应用潜力，降低系统的成本，提高系统的性能。这样的工作无论对单片机在电机运动控制领域中的进一步推广还是对电机运动控制系统性能的进一步提高都有很大的研究价值和现实意义。2相关研究的最新成果及动态运动控制作为自动化技术的一个重要分支，在20世纪90年代，国际上发达国家，例如美国已经进入快速发展的阶段。近年来，随着运动控制技术的不断进步和完善，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经被越来越多的产业领域接受，并且它已经达到一个引人瞩目的市场规模。目前，运动控制器从结

6、构上主要分为如下三大类：（1）基于计算机标准总线的运动控制器，它是把具有开放体系结构，独立于计算机的运动控制器与计算机相结合构成。目前这种运动控制器是市场上的主流产品。（2）Soft型开放式运动控制器，它提供给用户最大的灵活性，7它的运动控制软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。Soft型开放式运动控制的特点是开发、制造成本相对较低能够给予系统集成商和开发商更加个性化的发展。（3）嵌入式结构的运动控制器，这种运动控制器是把计算机嵌入到运动控制器中的一种产品，它能够独立运行。嵌入式的运动控制器也可配置软盘和硬盘驱动器，甚至可以通过Inter

7、ne进行远程诊断。例如美国ADEPT公司的SmartController，固高科技公司的GU嵌入式运动控制平台系列产品等[1]。目前国外产品已经开始大量进入中国，固高科技公司也相继开发出GO、GT、GH和GU系列基于DSP的开放式运动控制器产品，有近150个品种可供用户选择。固高科技公司把通用运动控制器产品分为高、中、低三个档次，他们分别是GH、GT和GO系列产品。从目前国内市场的反馈情况来看，按照行业进行市场开发，具有一定的优势。这三类运动控